【C++】———模板初阶-优快云博客

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一、泛型编程

先看代码：

void Swap(int& left, int& right)
{
 int temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

void Swap(double& left, double& right)
{
 double temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

void Swap(char& left, char& right)
{
 char temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

……

上面的这段代码想必大家都熟知，就是交换两个数的值，它可以使用函数重载去实现不同类型的交换，但是有几个不好的地方：

①.重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数

②代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那么我们能否告知编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？

可以的，所以C++引入泛型编程概念，所谓泛型编程就是：

①编写与类型无关的通用代码，任何数据类型都能够使用的功能

②泛型编程是代码复用的一种手段，模板是泛型编程的基础！（函数模板和类模板）

二、函数模板

1.概念：

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，会根据实参类型产生函数的特定类型版本。

2.格式

template<typename T1, typename T2,......,typename Tn>
返回值类型 函数名(参数列表)
{
     //……   
}
template：模板关键字
typename/class：定义模板参数的关键字（切记：不能用struct 代替class）
模板参数可以有多个，传进来的是类型，而函数参数也可以有多个，但传进来的是对象

例如：

template<typename T>

void Swap( T& left, T& right)
{
 T temp = left;
 left = right;
 right = temp;
}

3.函数模板的原理

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数（上面的Swap压根就不存在，只是通过传进去的类型根据模板去自动生成一个函数）
是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模具。所以其实模板就是将本来应该我们做的重复的事情交给了编译器

在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用，如上面的int类型，当用int类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，将T确定为int类型，然后产生一份专门处理int类型的代码。

4.函数模板的实例化

用不同类型的参数使用函数模板时，称为函数模板的实例化。模板参数实例化分为：隐式实例化和显式实例化。

隐式实例化：让编译器根据实参推演模板参数的实际类型！

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
    return left + right;
}

int main()
{
    int a = 1;
    double b = 2.0;
    Add(a, b);//这种写法是不可行的，编译器会产生歧义
//在推演过程中，因为形参列表只有一个T，不知道要把确定为int还是double
//解决的方法:
//给多个模板参数；
//显示实例化;
//Add((double)a,b)或者Add(a,(int)b);
    return 0;
}

注意：模板中编译器一般不会进行类型转化操作，编译器害怕背锅！

显示类型转化：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

int main()
{
	int a = 1;
	double b = 2.0;
	Add<int>(a, b);//显示类型转化，就可以解决歧义
	return 0;
}
ps：如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功编译器将会报错。

5.模板参数匹配原则

一个非模板函数可以和一个同名的函数模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数

//可以同时存在，该模板还可以实例化为下面专门用来处理int类型加法的函数

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

int Add(int left,int right)
{
    return left+right;
}

对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调动时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数，那么将选择模板（匹配的情况下，有现成，吃现成；有现成，但是不够匹配，有模板，就会选择自己实例化）

template<class T>
T Add(const T& left, const T& right)
{
	return left + right;
}

int Add(int left,int right)
{
    return left+right;
}

int main()
{
    Add(1,2);//优先调用非模板函数

    Add(1,2.0);//这个也可以调用非模板，只不过会报警告，但是呢模板更加匹配，所以选模板

    Add<int>(1,2);//强制调用模板
    return 0;
}

模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换

如：Add(1,2.0)，不会将2.0自动转化为2

三、类模板

1.定义的格式

template<class T1, class T2, ..., class Tn>
class 类模板名
{
     // 类内成员定义
};

2.实现示例

template<class T>
class Stack
{
public:
    Stack(){……};
	void push(const T& x)
	{
		//...
	}
private:
	T* _a;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

注意：类模板中函数放在类外进行定义时，需要加模板参数列表

template<class T>
class Stack
{
public:
    Stack(){……};
	void push(const T& x);
private:
	T* _a;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

//函数放在类外定义时，需要加模板参数列表
template<class T>
void Stack<T>::push(const T& x)
{
    //……
}

3.类模板的实例化

类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，然后将实例化的类型放在<> 中即可
类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类

//Stack类名，不是真正的类，Stack<类型>才是真正的类
Stack<int> s1;
Stack<double> s2;
//这里就是两个类int 和double